[发明专利]一种适合熔融沉积3D打印的送丝机构

说明书

本发明公开一种适合熔融沉积3D打印的送丝机构，包括活塞、线包、导磁壳、驱动爪、固定爪；线包被导磁壳包裹，导磁壳顶面开设通孔和底面安装固定爪，活塞中空，活塞依次穿过导磁壳顶面的通孔和线包中心，活塞底部安装驱动爪，驱动爪位于导磁壳内，固定爪安装在导磁壳底部，驱动爪、固定爪的夹持中心均与导磁壳底面的通孔正对；活塞顶部高于导磁壳顶面，活塞顶部与导磁壳顶面之间设置有弹性支撑部件。本发明结构简单合理，成本低。

技术领域

本发明涉及一种设备，尤其涉及一种适合熔融沉积3D打印的送丝机构。

背景技术

熔融沉积(Fused Deposition Modeling，FDM)又叫熔丝沉积，是一种最为常见的3D打印技术，FDM技术的发明人是美国的Scout Crump，该技术的领导厂商为StratasysInc.，Scout Crump也是该公司的创办人之一。

FDM的工作原理就是将丝状热熔性材料(通常为低熔点塑料，也可以使用石蜡、低熔点合金)利用电加热方式加热至略高于熔化温度(约比熔点高1℃)，通过一个或多个微细喷嘴挤出，遇冷凝固成型。在计算机的控制下，喷头作平面运动，将熔融的材料涂覆在工作台上，冷却后形成工件的一层截面；一层成形后，喷头上移一层进行下一层涂覆，这样逐层堆积形成三维工件。这项技术的重点是如何控制进料的顺畅，不断线，喷嘴不堵塞。

Scout Crump的FDM专利为USPTO 5,121,329，这个专利描述了一种压缩空气驱动的送丝机构。这个机构包括由气缸驱动的活塞，活塞通过驱动杆、枢轴连接驱动杆，再由驱动杆连接棘轮推动线性热熔性丝材进入加热容器，线材被加热为流体形式后，由喷嘴流出进行打印。随着技术的进步，气动驱动已经被精密电机驱动代替，FDM现在最常见的结构如附图3所示，由电机驱动的棘轮推动丝材进入带有温控的加热容器，熔化的材料在后续丝材的推动下通过喷嘴挤出到平台上，冷却成型。

这种送丝结构的特点控制方便、成本低，因此被现有桌面型FDM打印机普遍采用，其中较为著名的有MakerBot Replicator系列、3D Systems的Cube系列等。

在FDM打印的实践中，我们发现上述送丝机构对于打印所使用的线材种类是有选择性的。采用这种送丝结构的打印机，适用的是硬度比较高的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚乳酸(PLA)、聚碳酸酯(PC)等材料，在实际使用中，通过棘轮产生压力将刚性的线材推进到热端。但是刚性线材所打印出来的制品柔软性和舒适性都不够，随着3D打印技术应用的深入，新的柔软弹性材料不断涌现，采用上述机构打印柔软线材就会碰到问题。如图2所示，丝材从离开棘轮到进入加热容器入口，由于几何的原因，总有一段距离。柔软线材的弹性性质使得棘轮难以给予其稳定的挤出压力，线材弯曲变形发生堵塞和打卷，导致打印失败。因此，为打印柔性材料需要对现有的送丝结构进行升级和改造。

发明专利申请201110454137.0公布了一种单喷头熔融挤压式三维打印机，其技术方案是采用螺杆送进和挤出丝材，相对于传统的三维打印机，具有挤料力大、出料稳定、只需单个喷头就能分别成形工件和支撑结构的特点，其原理见图3。但该发明的送料机构极其复杂，采用该机构的3D打印设备重量大、控制复杂、造价高昂，已不属于低成本、重量轻、容易普及的桌面型FDM打印机的范畴。

发明内容

在FDM打印的实践中，我们发现上述送丝机构对于打印所使用的线材种类是有选择性的。采用这种送丝结构的打印机，适用的是硬度比较高的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚乳酸(PLA)、聚碳酸酯(PC)等材料，在实际使用中，通过棘轮产生压力将刚性的线材推进到热端。但是刚性线材所打印出来的制品柔软性和舒适性都不够，随着3D打印技术应用的深入，新的柔软弹性材料不断涌现，采用上述机构打印柔软线材就会碰到问题。如图4所示，丝材从离开棘轮到进入加热容器入口，由于几何的原因，总有一段距离。柔软线材的弹性性质使得棘轮难以给予其稳定的挤出压力，线材弯曲变形发生堵塞和打卷，导致打印失败。因此，为打印柔性材料需要对现有的送丝结构进行升级和改造。